基于定位數(shù)據(jù)的公交服務(wù)便捷性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

郭爽 王孝坤 王雷

摘 要：如何提高公交服務(wù)質(zhì)量成為擺在公交企業(yè)和政府面前的一大艱巨任務(wù)。當(dāng)前公交GPS/北斗監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)在我國(guó)各大城市的使用越來(lái)越普遍，公交出行數(shù)據(jù)樣本飛速增長(zhǎng)，有必要通過(guò)研究這些公交出行數(shù)據(jù)來(lái)分析公交服務(wù)水平。本文從公交服務(wù)便捷性這一角度入手，研究如何利用公交GPS/北斗數(shù)據(jù)來(lái)衡量公交服務(wù)質(zhì)量。將便捷性分為便利性和快捷性兩部分分別進(jìn)行分析，總結(jié)出能夠切實(shí)反映公交服務(wù)便利性與快捷性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，形成衡量我國(guó)公交服務(wù)便捷性的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)公交GPS/北斗數(shù)據(jù)字段，建立了基于公交GPS/北斗數(shù)據(jù)的便捷性指標(biāo)計(jì)算模型，根據(jù)計(jì)算模型對(duì)已有某市公交GPS/北斗數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，對(duì)公交服務(wù)便捷性的一些重要指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。此項(xiàng)研究可以動(dòng)態(tài)監(jiān)視公交服務(wù)的便捷程度，為公交線路調(diào)整、服務(wù)水平分析提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：公交服務(wù)；定位數(shù)據(jù)；便捷性；評(píng)價(jià)指標(biāo)

中圖分類號(hào)：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Evaluation Indexes of Service Convenience for Bus System Based on GPS Data

GUO Shuang1，WANG Xiaokun2，3，WANG Lei2，3

（1.Yingkou school of Information Technology，Yingkou 115000，China；

2.School of Management of Dalian Jiaotong University，Dalian 116028，China；

3.Dalian Jiachang Transportation Technology Co.，LTD.，Dalian 116052，China）

Abstract：It is a big challenge for the bus companies and government to improve the quality of bus services.At present，the GPS and Beidou satellite monitoring system are used popularly in our country and the data sample from the bus system is growing rapidly，so it is necessary to analyze the service level of bus system through these data.The bus service quality from convenience perspective is measured in the paper，base on GPS and Beidou satellite data.The evaluation indexes system which can reflect the service convenience of bus system are put forward.Then we established the calculation model of all convenience indexes based on GPS and Beidou satellite data and applied this model to one city to verify the validation of these indexes.Service convenience of bus system can be monitored dynamically and theory basis for adjustment of the bus line and analysis of bus service level are provided.

Keywords：bus service；GPS；convenience；evaluation index

1 引言（Introduction）

公交服務(wù)便捷性評(píng)價(jià)是公交服務(wù)評(píng)價(jià)中最為重要的部分，也是公共交通規(guī)劃與管理中最為關(guān)鍵的工作之一，如何準(zhǔn)確有效地評(píng)價(jià)城市公交運(yùn)營(yíng)服務(wù)便捷性水平對(duì)公交運(yùn)營(yíng)企業(yè)及行業(yè)主管部門都具有重要的意義。如今智能公交系統(tǒng)（Advanced Public Transportation System，APTS）作為智能交通系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它的實(shí)施為公交系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)一場(chǎng)革命[1]。APTS的應(yīng)用不僅提高了公交企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理的效率，更為居民公交出行提供了便利。APTS每天會(huì)產(chǎn)生大量的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如GPS/北斗數(shù)據(jù)、公交運(yùn)營(yíng)調(diào)度數(shù)據(jù)等，而挖掘這些數(shù)據(jù)背后的信息，對(duì)于提高城市公共交通系統(tǒng)的規(guī)劃和管理水平具有重要意義。

GPS/北斗數(shù)據(jù)是APTS產(chǎn)生的主要數(shù)據(jù)，獲取途徑也是比較簡(jiǎn)單。以往對(duì)公交智能系統(tǒng)數(shù)據(jù)的研究主要集中在IC卡客流數(shù)據(jù)的分析上，而IC卡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為方便乘客付費(fèi)與票款清算，并未考慮交通領(lǐng)域的應(yīng)用，因此采集到的信息未包含全面的出行信息，無(wú)法直接用于交通分析[2]。通過(guò)對(duì)公交GPS/北斗數(shù)據(jù)的研究，彌補(bǔ)了IC卡數(shù)據(jù)的不足，用以分析公交服務(wù)的便捷性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2 公交GPS/北斗數(shù)據(jù)特性分析（The analysis of bus

GPS/big data）

GPS/北斗系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)應(yīng)用于公交系統(tǒng)中是用來(lái)對(duì)公交車輛進(jìn)行定位導(dǎo)航和交通數(shù)據(jù)采集等?；诙ㄎ粩?shù)據(jù)的城市公交系統(tǒng)，提升了公交在調(diào)度、組織、監(jiān)控等功能的實(shí)時(shí)性，進(jìn)而使公交傳遞的數(shù)據(jù)信息更加標(biāo)準(zhǔn)、精確、安全、便捷。公交車輛定位系統(tǒng)包括四部分：差分站、總調(diào)度中心、區(qū)域監(jiān)控站和車載設(shè)備[3]。

基于GPS/北斗定位系統(tǒng)的公共交通系統(tǒng)所傳輸?shù)能囕v運(yùn)行數(shù)據(jù)包括各類基本信息，主要數(shù)據(jù)內(nèi)容包含城市公交線路編號(hào)、車輛編號(hào)、站點(diǎn)編號(hào)、到離站編號(hào)、行為時(shí)間、經(jīng)度、緯度、速度等。各公交車載設(shè)備對(duì)收集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（GPRS）按照固定時(shí)間間隔（10秒）傳遞至信號(hào)監(jiān)控調(diào)度中心。監(jiān)控調(diào)度中心通過(guò)解析各終端采集的GPS/北斗數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)將公交車信息顯示至監(jiān)控電子地圖上，同時(shí)車輛調(diào)度人員通過(guò)公交車分布信息，將調(diào)度信息發(fā)送至公交車，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度。公交GPS/北斗數(shù)據(jù)樣本如圖1所示。

圖1 公交GPS/北斗數(shù)據(jù)樣本

Fig.1 The sample of bus GPS/big data

3 公交服務(wù)便捷性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（The index system

of convenient bus service evaluation）

3.1 公交服務(wù)便利性

公交服務(wù)便利性指乘客在出行過(guò)程中乘坐公交的方便程度，盡可能的減少乘客到達(dá)站點(diǎn)的步行時(shí)間、縮短候車時(shí)間、簡(jiǎn)化乘車手續(xù)等[4]。公交服務(wù)便利程度越高，則選擇公交出行的人就越多，因此公交服務(wù)便利性是城市公交動(dòng)態(tài)服務(wù)評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而通過(guò)對(duì)公交服務(wù)便利性的研究分析，總結(jié)出與公交服務(wù)便利性有關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.2 公交服務(wù)快捷性

公交服務(wù)快捷性是指公交車輛滿足乘客所需要的合理時(shí)速要求的能力，可通過(guò)出行時(shí)耗、公交車輛運(yùn)營(yíng)速度等指標(biāo)反映[5]。一個(gè)城市高水平的公共交通服務(wù)，就快捷性而言必須將乘客的出行總時(shí)耗保持在合理水平之內(nèi)，這就要求公交車輛的運(yùn)營(yíng)速度保持在合理范圍內(nèi)，過(guò)低的運(yùn)營(yíng)速度是不利于滿足乘客出行快捷性要求的。在相同出行距離中，只有提高公交服務(wù)的快捷性（較其他交通出行方式），才能使公交成為各類出行者的選擇。

3.3 便捷性指標(biāo)體系構(gòu)建

通過(guò)以上對(duì)公交服務(wù)便利性與快捷性的分析，綜合國(guó)內(nèi)外的研究成果，分別提出能夠切實(shí)反映公交服務(wù)便利性與快捷性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將這兩個(gè)方面綜合起來(lái)，構(gòu)成便捷性指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，如圖2所示。

圖2 公交GPS/北斗數(shù)據(jù)樣本

Fig.2 The sample of bus GPS/big data

4 基于GPS/北斗數(shù)據(jù)的便捷性評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算（The

convenience evaluation of data based on GPS/

compass）

4.1 便利性指標(biāo)計(jì)算方法

4.1.1 非直線系數(shù)

非直線系數(shù)是指公交線路首末站之間的實(shí)際距離與空間直線距離之比，反映的是公交線路的曲折程度，這個(gè)系數(shù)的大小，不但與乘客的乘車方便程度有關(guān)，而且還關(guān)系到乘客旅行時(shí)間的消耗[6]。非直線系數(shù)，通常不宜過(guò)大，雖然曲折路線可以有效擴(kuò)增公交路線的有效服務(wù)面積，吸引更多乘客，但同時(shí)也增加了乘客不必要的行程和時(shí)間。

公交車輛在公交線路上運(yùn)行，會(huì)以一定時(shí)間間隔（間隔時(shí)間很短，一般10s，可以對(duì)拐彎情況產(chǎn)生的誤差忽略）向調(diào)度控制中心上傳GPS/北斗數(shù)據(jù)，而GPS/北斗數(shù)據(jù)包含經(jīng)緯度信息，因此可根據(jù)公交車輛從起始站到終點(diǎn)站之間運(yùn)行過(guò)程中上傳的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息計(jì)算得到公交線路長(zhǎng)度，根據(jù)起始站和終點(diǎn)站經(jīng)緯度坐標(biāo)可以得到首末站空間直線距離。設(shè)經(jīng)緯度坐標(biāo)對(duì)個(gè)數(shù)為X，經(jīng)緯度坐標(biāo)為（LonA，LatA），相鄰坐標(biāo)點(diǎn)間距離為d，公交線路長(zhǎng)度為L(zhǎng)，空間直線距離為D，則公交線路非直線系數(shù)計(jì)算公式為：

（1）

（2）

（3）

（4）

4.1.2 線網(wǎng)密度

城市公共交通線網(wǎng)密度可分為公交純線網(wǎng)密度和運(yùn)營(yíng)線網(wǎng)密度。公交純線網(wǎng)密度是指每平方公里城市用地面積上有公共交通線路經(jīng)過(guò)的道路中心線長(zhǎng)度，由于存在公交線路的重疊性，其計(jì)算需要結(jié)合GIS電子地圖，本文就不做研究。公交運(yùn)營(yíng)線路網(wǎng)密度是指每平方公里城市用地面積上運(yùn)營(yíng)的公共交通線路總長(zhǎng)度。這一指標(biāo)結(jié)合了公交重復(fù)線路、重復(fù)系數(shù)等情況，但在一定程度上不能說(shuō)明公交線路分布的便捷性和普及率。

假設(shè)共有N條公交線路，城市建成區(qū)面積為A，公交運(yùn)營(yíng)線路網(wǎng)密度計(jì)算方法為：

（5）

4.1.3 平均站間距

平均站距是指全部公交?？空军c(diǎn)之間的平均距離，以公交線路總長(zhǎng)度與公交?？空军c(diǎn)總數(shù)之比表示[7]。城市公交線路站距的大小不僅直接影響到市區(qū)公交車輛的運(yùn)行速度，同時(shí)也影響到城市居民的公交出行程度。根據(jù)城市出行乘客偏好縮短行車時(shí)間，因此，在確定公交線路站距時(shí)，除考慮市區(qū)公交車輛的運(yùn)行速度外，還應(yīng)考慮乘客的利益，即在結(jié)合城區(qū)公交行車速度的基礎(chǔ)上，公交站距需考慮乘客最少乘行時(shí)間和最少站臺(tái)乘客步行時(shí)間。

假設(shè)公交線路i共有M個(gè)公交站點(diǎn)，則公交線路i的平均站間距計(jì)算公式為：

（6）

所有公交線路的公交平均站間距為：

（7）

4.1.4 發(fā)車間隔

線路發(fā)車間隔是指某線路公交車輛發(fā)站運(yùn)行的時(shí)間間隔。一般按周轉(zhuǎn)時(shí)間與配車數(shù)確定，反映了公交服務(wù)的頻率及乘客出行的方便程度[6]。從單車GPS/北斗數(shù)據(jù)中能夠識(shí)別出運(yùn)營(yíng)班次，利用公交車輛GPS/北斗數(shù)據(jù)中相隔班次始發(fā)站出站時(shí)間之差，就等于線路的發(fā)車間隔。設(shè)車輛始發(fā)站點(diǎn)為1，班次為k，再次發(fā)車的班次為k+1，公交線路發(fā)車間隔為：

（8）

4.1.5 站點(diǎn)候車時(shí)間

平均候車時(shí)間指乘客到達(dá)公交車站起至乘上車為止的時(shí)間間隔。是反映乘車方便程度的另一項(xiàng)重要指標(biāo)[8]。先前的研究中，利用IC卡數(shù)據(jù)中相鄰班次在同一站點(diǎn)的首位乘客交易時(shí)間的差值得到相鄰車輛到站時(shí)間間隔，但若此站點(diǎn)沒(méi)有打卡乘客上車，這種方法就不可用了。由于公交車輛GPS/北斗數(shù)據(jù)中可以識(shí)別車輛到站時(shí)間，因此通過(guò)計(jì)算GPS/北斗數(shù)據(jù)中相鄰班次到達(dá)同一站點(diǎn)時(shí)間之差可得到相鄰車輛到站時(shí)間間隔。i線路j站點(diǎn)相鄰公交車輛到站時(shí)間間隔為：

（9）

i路公交j站點(diǎn)的平均候車時(shí)間為：

（10）

所有公交線路的平均候車時(shí)間為：

（11）

4.1.6 公交服務(wù)時(shí)間

公交線路每日首班與末班之間運(yùn)營(yíng)的時(shí)間間隔，可以有效反映中小城市公交服務(wù)的方便性[6]。一些中小城市收班時(shí)間很早，對(duì)乘客晚間出行帶來(lái)很大不便，合理的確定公交服務(wù)時(shí)間，可有效提高公交服務(wù)質(zhì)量。通過(guò)公交車GPS/北斗數(shù)據(jù)中末班車終點(diǎn)站進(jìn)站時(shí)間與首班車始發(fā)站發(fā)站時(shí)間之差得到。計(jì)算公式為：

（12）

4.1.7 站點(diǎn)密度

站點(diǎn)密度是指每平方公里城市用地面積上公交站點(diǎn)個(gè)數(shù)，用以表示公交站點(diǎn)在其服務(wù)區(qū)域內(nèi)的平均分布狀況及其適應(yīng)程度[9]。其值的大小反映了居民接近公交站點(diǎn)的程度，值越大說(shuō)明居民到達(dá)公交站點(diǎn)越容易，值越小說(shuō)明居民到達(dá)公交站點(diǎn)越困難。

公交站點(diǎn)在GPS/北斗數(shù)據(jù)中都是有編號(hào)的，利用GPS/北斗數(shù)據(jù)可以得到所有的公交站點(diǎn)數(shù)目X，用其除以城市建成區(qū)面積A可得到站點(diǎn)密度，公式如下：

（13）

4.1.8 其他便利性指標(biāo)

公交線路重復(fù)系數(shù)指公共交通線路總長(zhǎng)度與線路網(wǎng)長(zhǎng)度之比，反映了公交線路在城市道路上的密集程度，是說(shuō)明公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理性的一個(gè)重要指標(biāo)。公交站點(diǎn)覆蓋率是衡量站點(diǎn)布置合理性的指標(biāo)，也是反映城市居民接近公交程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)覆蓋率越高，通達(dá)性越好；當(dāng)一定范圍內(nèi)站點(diǎn)覆蓋率低于城市公交覆蓋率標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，公交線路站點(diǎn)需重新調(diào)整和修建。直達(dá)率是統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)乘客一次出行不經(jīng)過(guò)換乘直接到達(dá)目的地的人數(shù)與乘客總?cè)藬?shù)之比，是衡量乘客直達(dá)程度，反應(yīng)乘車方便程度的指標(biāo)[8]。

利用已有數(shù)據(jù)無(wú)法滿足對(duì)這三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算，還需要GIS電子地圖、公交調(diào)度運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)等，因此本文對(duì)這三個(gè)便利性評(píng)價(jià)指標(biāo)就不做進(jìn)一步的研究。

4.2 快捷性指標(biāo)計(jì)算方法

4.2.1 運(yùn)行速度

公交運(yùn)行速度作為反映公交服務(wù)水平的常用指標(biāo)，傳統(tǒng)的計(jì)算方法是用運(yùn)營(yíng)公交線路起終點(diǎn)行程除以起終點(diǎn)運(yùn)送時(shí)間，這一指標(biāo)從整體上反映了公交服務(wù)的快捷性，但這種計(jì)算方法卻無(wú)法得到公交車輛在運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)運(yùn)行速度。運(yùn)行速度可用GPS/北斗數(shù)據(jù)中相鄰坐標(biāo)點(diǎn)之間的距離除以時(shí)間間隔得到，由于GPS/北斗系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔很短，因此這種方法計(jì)算的速度可認(rèn)為是公交車輛的實(shí)時(shí)速度。通過(guò)以上研究可以求得相鄰坐標(biāo)點(diǎn)之間距離，設(shè)時(shí)間間隔為，運(yùn)行速度為：

（14）

4.2.2 單程行程時(shí)間

單程行駛時(shí)間是指營(yíng)運(yùn)車輛完成一個(gè)單程的運(yùn)輸任務(wù)所耗費(fèi)的時(shí)間，包括在途行駛時(shí)間和中途各站點(diǎn)的停車時(shí)間[5]。對(duì)于單程時(shí)間的測(cè)算，一般采用觀測(cè)的方式統(tǒng)計(jì)確定，基本情況下可以利用各個(gè)路段高峰平峰時(shí)間分別測(cè)定。由于公交線路的單程行駛時(shí)間受道路交通條件和客流狀況影響較大，傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法顯的不是多么準(zhǔn)確，利用GPS/北斗數(shù)據(jù)中公交車輛到達(dá)終點(diǎn)站時(shí)間減去始發(fā)站發(fā)站時(shí)間可以準(zhǔn)確得到公交車輛單程行程時(shí)間，第k班次公交車輛單程行程時(shí)間計(jì)算公式為：

（15）

4.2.3 線路周轉(zhuǎn)時(shí)間

周轉(zhuǎn)時(shí)間是指營(yíng)運(yùn)車輛從營(yíng)運(yùn)線路的始發(fā)站出發(fā)至始末站經(jīng)正常停歇后再?gòu)氖寄┱抉偦厥及l(fā)站并再次發(fā)車時(shí)所耗費(fèi)的時(shí)間，即完成一個(gè)來(lái)回（兩個(gè)單程、始終站停靠時(shí)間）所耗費(fèi)的時(shí)間。由于公交沿線客流及道路交通量在一日內(nèi)隨時(shí)間的變化均呈現(xiàn)出按時(shí)間分布不均勻性的明顯特點(diǎn)，因此車輛的沿線周轉(zhuǎn)時(shí)間可允許在客運(yùn)高峰與低峰及其過(guò)渡的不同時(shí)段內(nèi)適當(dāng)變化以在滿足客流運(yùn)輸需要的前提下盡量節(jié)約運(yùn)力[2]。

單車GPS/北斗數(shù)據(jù)中，公交車相鄰班次的始發(fā)站離站時(shí)間之差可作為單車周轉(zhuǎn)時(shí)間。計(jì)算公式為：

（16）

4.2.4 線路配車數(shù)

線路配車是指保證一條營(yíng)運(yùn)線路正常運(yùn)送乘客所需配置的車輛數(shù)。一條公交線路所需要的運(yùn)營(yíng)車輛數(shù)可通過(guò)兩種方法得到：一種方法是以完成一條線路的客運(yùn)周轉(zhuǎn)量為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算；另一種方法是以一條營(yíng)業(yè)線路完成高峰小時(shí)單向客流量為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。將兩種方法計(jì)算的結(jié)果相互比較，確定出一條公交線路合理的營(yíng)運(yùn)車輛數(shù)[5]。GPS/北斗數(shù)據(jù)中對(duì)公交線路的每一輛公交車都有編號(hào)，因此通過(guò)統(tǒng)計(jì)編號(hào)數(shù)可以得到公交線路實(shí)際配車數(shù)。

4.2.5 全天運(yùn)營(yíng)車次

運(yùn)營(yíng)車次是指從首班車發(fā)出到末班車進(jìn)站期間公交線路

一天實(shí)際運(yùn)營(yíng)的公交車班次。在IC卡數(shù)據(jù)中可以識(shí)別發(fā)車班次，統(tǒng)計(jì)某條線路一天發(fā)車班次就可以得到這條線路的運(yùn)營(yíng)車次。

4.2.6 其他快捷性指標(biāo)

換乘是因?yàn)楣痪€網(wǎng)結(jié)構(gòu)還不能提供O（Origin）、D（Destination）點(diǎn)間的直達(dá)服務(wù)，乘客需要在中途更換公交車輛的行為[10]。乘客公交出行的換乘時(shí)間和換乘次數(shù)是反應(yīng)公交便捷性的一個(gè)重要指標(biāo)，兩個(gè)指標(biāo)通常直接影響公交出行分擔(dān)率，同時(shí)也間接反應(yīng)公交服務(wù)的快捷性。乘客出行時(shí)間是指通勤乘客自家步行、到站、候車、乘車、換乘及下車后步行等直至到目的地的一次出行所費(fèi)時(shí)間，同樣也是反映公交運(yùn)營(yíng)快捷性的一個(gè)重要指標(biāo)，也是乘客出行過(guò)程中最關(guān)心的一個(gè)因素之一。

換乘研究涉及到對(duì)乘客出行行為的換乘判斷，IC卡乘客公交出行時(shí)無(wú)法確定其下車站點(diǎn)，因此這三個(gè)指標(biāo)由于數(shù)據(jù)限制就不做進(jìn)一步的研究。

5 結(jié)論（Conclusion）

文章從公交服務(wù)便捷性這一角度來(lái)研究分析公交服務(wù)水平，并從便利性與快捷性這兩個(gè)方面對(duì)便捷性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行了分析，構(gòu)建了公交服務(wù)便捷性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并結(jié)合公交GPS/北斗數(shù)據(jù)，推導(dǎo)了一些重要指標(biāo)的計(jì)算公式，還有一部分指標(biāo)無(wú)法單獨(dú)利用GPS/北斗數(shù)據(jù)計(jì)算得出，還需進(jìn)一步的深入研究。

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